CN1539024A - 利用微波能的金属直接制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种由含金属的物质直接制备金属的方法，该方法包括提供含金属的物质和还原剂、混合所述含金属的物质与所述还原剂以形成混合物、通过除小颗粒物流外的适当方式将所述混合物装入一容器内、通过将微波能施加于所述混合物来加热带有最少杂质的所述混合物并直到所述含金属的物质释放出熔融金属为止、在重力作用下使所述熔融金属积累在所述容器底部并且从所述容器排出所述熔融金属。

Description

利用微波能的金属直接制造方法
技术领域
本发明涉及金属直接制造法，它以微波能为主要能量或次要能量来还原并熔化含金属的物质并且使金属液与渣分离。
背景技术
从其各自的矿石中提炼金属的常见方法的特征是损耗很多能量及释放出环境不需要的副产品，这些副产品包括大量微粒、SO2、CO2和NO2。
在本发明之前，使用间接方法实施炼钢，根据该方法，铁先由矿石或废金属产生。然后，将如此产生的铁转变成钢。在典型的炼铁方法中，铁矿石被研磨至500目以便从其它矿物中放出氧化铁。然后，所产生的物质通过一分离作业如磁选及/或浮选使氧化铁浓缩。通常用石灰石及膨润土使所产生的细粒成团粒。烧结所述团粒以使其变坚硬并且随焦炭一起装入炉内，原料在炉中遇过一股非常热的空气。在该炉内还原并熔化氧化铁。在熔化期间内，铁从和团粒一起装入炉内的焦炭中吸收碳和硫。
必须减少铁的碳含量以便炼成钢。这通常是在碱性氧化炉(BOF)内完成的。以超音速的速度将纯氧吹入装在瓶状炉内的含铁水熔融物中。氧与铁水中的碳发生反应而形成CO和CO2。通过将一种粉末注入钢水中而形成硫化物，由此去除对多数钢有害的硫，所述硫化物作为渣从熔池顶部被收集走。
这种生产方法在能量和材料方面效率很低并带来非常严重的环保问题。需要进行铁矿石成团和烧结，以提供鼓风所需的透气性并提供承受鼓风炉内的高负荷的强度。整个过程尘土飞扬并且嘈杂，这给在这个区域内的工人和其它人员带来健康和环保问题。必须用焦炭来产生足以熔化铁的温度。然而，焦炭被加入混合物将导致碳和硫加入铁中。然后，这些元素必须在随后加工中除去。制造焦炭也是一个对环境有害的作业，目前，焦炭匮乏也已成为一个严重的问题。
其它金属如铜、镍、铅、锌和铁合金的生产出现了类似的问题。对于含硫的矿石而言，SO2排放也是一个问题。
电感应加热因没有将额外的杂质加入正熔炼的金属中并不产生局部排放而特别有用。但感应加热的一个缺点是，它依赖于在正加热的物质中引入涡电流。如果该物质不是导电体如金属矿，则感应加热不可行。通常，感应加热只被用于废料金属可被用于初次装炉的情况下。
电弧加热是一种由废金属制造金属的流行方法。类似于感应加热的缺点，待加热物质必须是导电体。不能直接由电弧来加热金属矿。
如不文所述，微波加热比感应加热或电弧加热更有效地将能量传给非导电物质或小块金属物。因此，给矿物燃料的燃烧提供了一个可选方式并且可以完成稍后可利用感应加热或电弧加热的初始加热。
在金属化合物提纯中已经研究出利用微波能的不同方法。US4321089公开了一种从硫化物矿中回收钼和铼的方法。在所述方法中，在有氧或氯时，硫化物矿接受微波能而分别形成氯化物。这这两种情况中都不还原金属。然后，这些氧化物或氯化物的中间产物在还原条件下经过附加处理而产生金属。这些方法都不同于这里公开的直接还原处理，因为该微波处理只导致一种氧化中间产物。
同样授予Kruesi等人的US 4324582(′582专利)也公开了一种将微波能施加到铜合成物以使该合成物转变成从中更易回收铜的其它合成物如氧化物和氯化物的方法。′582专利的权利要求的范围被限定在使用微波能“以将矿石中的硫化物和氧化物转变成从中更易回收铜的其它合成物”。
′582专利的说明书尤其抛开其中所述的黑色金属处理地断言“过渡金属铁和钼的氧化物不吸收微波”并且“矿脉石没有可观地吸收微波辐射”。
与将微波用于上述中间物质制备相反，本发明的方法导致了，通过结合感应加热或电弧加热地施加微波能和适当的还原剂，直接制备出通过氧化物、硫化物和其它矿石和金属源的化学还原而提纯的金属。
1992年7月Lemelson发表的US 5141941公开了一种由矿石精炼金属的方法，该方法包括使一股小颗粒矿石流进入一个反应区。
因此，人们可以清楚知道，现有技术中的上述例子不具有本发明对金属行业的新贡献，即金属的完全直接制造及物质的有效利用。本发明是一种以微波能为主要加热源而直接由矿石制造金属的创新方法。此方法截然不同于任何电流金属冶炼技术。这种新的金属制造方法相对传统的金属制造方法的可预知优点包括能耗降低、燃烧排放物减少、与环保相关的焦炭的取消或减少、较低的资金投入和生产成本以及金属产品杂质最少。
发明内容
在此所述的发明的目的包括一种由含金属的物质如金属矿或废金属直接制备金属的方法。为实现本发明，在将含金属的物质和还原剂加入一容器内之前或之后进行混合。该容器应该由可用作微波室或在其内使用的物质构成且应该可以无明显降解地忍受高温并可以施加感应或电弧加热。一旦含金属的物质与还原剂的混合物以除小颗粒流之外的团粒、小块或其它适当形式被装入该容器内，微波源就产生分散的微波并且施加至容器所装物质上。所选用的微波频率最好能加热金属矿或含金属物质的金属。不断将微波施加于含金属的物质上，直到还原剂打断金属矿中的金属原子与其它原子之间的键而释放出金属并且金属吸收了足够能量而变成熔融金属。同时，附加的感应能或电弧能可被输入该装置，以便在含金属物质变成导电体后帮助加热并且在重力作用下允许熔融物质积累在容器底部。
附图说明
结合几张附图并且不限定所要求保护的发明的范围地进一步描述本发明，其中：
图1A表示一真空泵；
图1B表示一硫化物冷凝器；
图1C表示位于一微波室内的坩埚，它包括带阀门的入口、带阀门的出口及一波导；
图2表示一大功率微波炉；
图3表示一大功率微波炉的另一实施例，它包括用于输入含金属的物质的装置及感应线圈；
图4表示一大功率微波炉的另一实施例，它包括用于输入含金属的物质的装置及电弧加热装置；
图5表示一个用于连续生产的炉子，它包括一原料装料口、单独的熔融金属排放口及出渣口。
具体实施方式
在本发明的实践中，通过一种分离法来压碎、研磨及精选矿石。该分离法可以是浮选、重力、磁选、静电或其它物理分离法。以一定的比例将精选的细矿粒与还原剂、内燃辅助燃料和助熔剂混合。最好加入呈粉末或团粒或块的还原剂、内燃辅助燃料和助熔剂。然而，也可以使用气体或液体。优选的还原剂包括含有碳、氢、碳氢化合物、Al、Si、Mn、Mg、Ti、Cr、Na、Li、Ca、Y和Zr的物质。优选的内燃辅助燃料包括煤、焦煤、碳、木材、石油和碳氢化合物废物。优选的助熔剂包括石灰、石灰石、CaF2和Na2O。根据精选矿石、还原剂、内燃辅助燃料和助燃剂以及内燃辅助燃料所提供的预期能量百分比的成分来确定优选比例。通常，还原剂、内燃辅助燃料和助燃剂分别构成容器容积的5％-40％、1％-20％和1％-15％(重量百分比)。
副产品或含金属的废料如炉灰、氧化皮和电镀泥渣也可以用作含金属的物质。因此，利用本发明，可以部分或完全回收这些副产品或废料中的金属。所述副产品或废料最好是粉末或粉末团块。也可以将金属废料及其它可回收金属加入精选的矿石、副产品或废料中。
在某些情况下，含金属的物质不能有效地吸收可用频率的微波辐射。在这种情况下，可以将微波吸收体物质与矿石或含金属的物质混合以提高微波吸收率。微波吸收体物质可以选自含有金属的无烟煤、辉银矿、砷黄铁矿、铋、斑铜矿、褐锰矿、辉铜矿、黄铜矿、纤维蛇纹石、辉钴矿、靛铜矿、硫砷铜矿、方铅矿、石墨、赤铁矿、钛铁矿、磁铁矿、水锰矿、白铁矿、辉钼矿、淡红银矿、浓红银矿、黄铁矿、软锰矿、磁黄铁矿、砷钴矿、黝铜矿、红锌矿和碳氢化合物组。使用粉末状或呈浓度为0.1％-20％的溶液形式的微波吸收体物质。作为选择方式，通过气体、石油、煤炭或电炉，可以将所述含金属的物质预热至临界温度，在此温度之上，所述含金属的物质变成良好的微波吸收体。然后，将所述含金属的物质装入一微波炉内以继续制造金属。
如图1C所示，在混合后，将除小颗粒物流以外的团粒、块或其它适当形式的原料101装入一坩埚102内。最好使用一种由吸收微波能远小于混合原料的材料制成的坩埚。该坩埚也应具有高于混合原料熔点的软化温度。合适的坩埚材料包括耐火粘土、富铝红柱石、SiO2、Al2O3、SiC、MgO、锆石和铬铁矿。
在装料后，将坩埚移入有一单模或多模腔103A的超大功率微波炉103内。通过一波导105将分散的微波104导入该腔内。大功率微波炉可以在小空间内发出强烈的微波能。例如，微波能可以超过10W/cm3。微波频率为0.915Ghz、2.45Ghz或其它可连续调整的频率。一个带阀门的入口106和一出口107形成在该微波室上，以便输入气体并释放废气以控制微波室内气氛。
为制造金属，开启微波电源并且混合原料开始吸收微波能且升温。矿石直接或间接地与还原剂发生反应而变成金属。在直接发生反应的情况下，还原剂先与空气发生反应而产生还原气体。随后，矿石与还原气体发生反应而产生金属。或者，矿石先分解成化合物，因而，所形成的化合物与还原剂发生反应而形成金属。
当坩埚内的混合物达到适当温度时，内燃辅助燃料被点燃以产生热量108并进一步升温。矿石开始熔化并形成金属熔滴109和熔渣110。由于金属与渣之间的特定密度差，熔融金属在重力作用下掉落并在坩埚底部形成熔池111，熔渣110漂浮在熔融金属上面。助熔剂熔化并与熔渣反应而降低了熔渣粘性。结果，更好地使熔融金属与熔渣分离。
在形成金属液后，熔渣和坩埚物质继续吸收微波能并保持高温。在熔融金属与熔渣分离后，关闭微波发生器并将坩埚移出微波炉并冷却。这种冷却导致固体金属锭的形成。用机械冲击使凝固渣破碎脱离金属锭。或者，在把坩埚移出微波炉后，在仍熔融的状态下将熔渣剥离。然后，可以将熔融金属注入结晶器内而凝固形成金属锭。
如果矿石含有大量硫化物如Cu2S、N2S3、PbS和ZnS，则硫化物冷凝器112或SO2洗涤器应该连接至炉的出口107，以便凝结硫化物蒸汽并捕获在加热期间内由该混合物释放出的SO2。
某些矿石在环境温度下是较差的微波吸收体，但在高温下可更有效地吸收微波。为处理这些物质，可以在传统的电炉、煤气炉或燃油炉内将矿石、还原剂和助熔剂的混合物预热至一定温度，然后转移到微波炉内，在微波炉内，在所施加的微波能的影响下继续还原和熔化作业。
可以在某些情况下有效使用气态还原剂。在这种情况下，可以在微波加热期间内不断将还原气体输入微波炉室内。在那里，还原气体与含金属的物质有效地发生反应。可以把CO、H2和碳氢化合物用作还原气体。如果还原气体含碳，则优选CO2排放物、H2或氢基还原剂如氨。
某些矿石可在真空高温下无需还原剂地被还原。在这种情况下，不需要使用还原剂，通常的结果就是消除了有害CO2排放。将矿石与助燃剂混合并团粒化。团粒被倒入坩埚内并被放入腔103A中，如图1C所示。一真空泵113与出口107相连，入口106被关闭。泵将腔103A抽真空至约200μm以下。微波能在真空下加热团粒，团粒减少并熔化而形成了熔融金属和熔渣。安装一石英窗114以密封该波导105，但允许微波104通过。
在一可选方法中，如图2所示，大功率微波炉被构造成具有一水冷金属管201和一活动的水冷金属盖202。该管和盖都衬有耐火材料203。在盖202内可以有一入口205和一出口204。可通过入口205输入气体并通过出口204排出废气，以便控制炉内气氛。为制造金属，盖202被移开，呈除小颗粒物流外的团粒、小块或其它适当形式的含矿石和还原剂的混合原料装入微波室206内。然后，盖202移回而封闭该管。通过波导口207将微波输入腔室206内并在整个腔室内分散。随后，混合原料开始吸收微波能并升温。当温度足够高时，任何与混合原料一起输入的辅助燃料被点燃以产生更多热量208并进一步升高管内温度。还原剂由于直接接触矿石而断开了矿石内金属原子与其它原子之间的键。矿石开始熔化并形成金属熔滴209和熔渣210。由于特定的密度差，金属熔滴落下而在管底部形成熔池211，熔渣210漂浮在熔融金属之上。助熔剂熔化并与熔渣发生反应地形成用于更好分离熔融金属与熔渣的低粘度熔渣。渣为金属和熔渣分离时继续吸收微波能并保持高温的耐火材料。在熔融金属与熔渣分离后，关闭微波发生器并且允许熔融物质冷却。这种冷却导致固体金属锭和渣的形成。用机械冲击使凝固渣破碎离开金属锭。或者，可以在关闭微波炉电源后使熔渣剥离。打开盖202。倾斜该管以便通过出渣口212将渣注入一渣容器内。随后，熔融金属被注入结晶器内而形成金属锭或注入连铸机内以便连铸。也可以将熔融金属注入中间罐内并送至另一精炼炉内。
作为另一可选方法，可以如图3所示地构造具有微波加热和感应加热能力的炉。该炉包括都衬有耐火材料303的一水冷金属管301和一活动的水冷金属盖302。耐火材料可以选自微波吸收特性较差的材料如石英。一部分金属管301是铜管制成的一线圈，用作感应线圈304。该装置被设置用来允许冷却水在管内流动以冷却该线圈。该线圈匝之间距离较小以防止微波泄漏。金属管301、盖302和感应线圈304形成微波室305。盖302可以包括一入口306和一出口307以允许处理气体的输入和废气排放。因此，可以控制炉内气氛。
为生产金属，盖302被移开并且呈除小颗粒物流外的团粒、小块或其它适当形式的含金属的物质、还原剂和其它加强作业的化学制品如适合特殊环境的化学制品的混合原料被装入微波室305内。然后，盖302回移而关闭管。通过波导口308输入微波，原料混合物307A开始吸收微波能，结果温度升高。矿石与混合物中的还原剂发生反应或与通过入口306输入的还原气体反应而释放出金属。一旦金属开始出现并原料物质变成可以导电，就接通感应加热电源。额外热量的输入进一步提高管内混合物的温度。当温度升高时，金属熔滴309积聚并且熔渣310形成。由于熔融金属与熔渣之间的特定密度差，金属熔滴在重力作用下落至底部并形成熔池311，熔渣310漂浮在熔融金属之上。随剩余混合物一起熔化的助熔剂降低熔渣粘性，因而可以更好地使熔融金属与熔渣分离。熔渣继续吸收微波能并且继续用感应电流来加热熔融金属。在熔融金属与熔渣快速分离后，关闭微波和感应加热电源。倾斜该管以便通过出渣口312将熔渣注入一渣容器内。然后，进一步倾斜该管以将熔融金属注入结晶器内来形成金属锭或注入连铸机内以便连铸。也可以将熔融金属注入中间罐内并送至另一精炼熔炉。
也可以使用精炼速成炉。在熔渣被注入一渣容器内后，该管复位至垂直位置并且放回盖302。再次打开感应加热电源。通过位于管301底的一开口313或一可以浸入熔融金属内以去除S和P的活动管314，可将粉末物质如CaO和NaCO3吹入腔室305内。可以将废料金属和合金加入熔融金属里以调整成分，从而满足特殊的规定。在这部分工作期间内，感应加热被用于控制温度。
作为另一可选方法，可以如图4所示地构造出具有微波加热和电弧加热能力的炉。该炉包括都衬有耐火材料403的一水冷金属管401和一活动的水冷金属盖402。通过金属盖402，将直径大于50mm的三个石墨电极插入炉室404内。在盖402上开启一开口405，以便经一连接波导407将微波406输入炉室404内。
为制造金属，盖402被移开并且呈除小颗粒物流外的团粒、小块或其它适当形式的含金属的物质、还原剂和其它加强作业的化学制品如适合特殊环境的化学制品的混合物408被装入腔404内。然后，盖302移回而封闭管。通过波导口407输入微波，原料混合物408A开始吸收微波，结果温度升高。当温度足够高时，任何与混合原料一起输入的辅助燃料被点燃而产生更多热量408并进一步升高管内温度。矿石在高温下开始与混合物内的还原剂反应并生成直接还原的金属。一旦金属开始出现且原料物质变成可导电，则馈电电极410下降以在电极S端与金属之间产生电弧，电弧进一步加热金属。辅助热量的输入进一步提高了管内混合物的温度。当温度升高时，金属熔滴411积聚并形成熔渣412。由于熔融金属与熔渣之间的特定密度差，金属熔滴在重力作用下落至底部并形成熔池413，熔渣412漂浮在熔融金属之上。随其余混合物一起熔化的助熔剂降低熔渣粘性，因而可以更好地使熔融金属与熔渣分离。在熔融金属与熔渣快速分离后，关闭微波和电弧加热电源。倾斜该管以通过出渣口414将熔渣注入一渣容器内。然后，进一步倾斜该管以将熔融金属注入结晶器内以形成金属锭或注入连铸机内以便连铸。也可以将熔融金属注入中间罐内并送至另一精炼熔炉。
作为一个目的是连续生产的可选方法，可以如图5所示地构造连续微波/感应加热炉。它主要包括一水冷外壳501、一水冷感应加热线圈502、一原料装填口503、一波导口504、一出渣口505和一熔融金属排放口506。金属壳501和感应线圈502都衬有吸收微波机较差的耐火材料507。为开始该过程，通过装料口503将呈除小颗粒物流外的团粒、小块或其它适当形式的混合原料508装入炉内。打开微波电源并通过波导口504将微波输炉室509内并在室内分散。原料混合物开始吸收微波并升温。当温度升高时，内燃辅助燃料被点燃而产生热量510并进一步升温。矿石直接或间接地与原料中的还原剂发生反应而生成金属。在原料物质变成可导电后，打开感应加热电源以加热该金属。金属开始熔化并形成金属熔滴511和熔渣512。由于特定的密度差，金属熔滴在重力作用下落至底部并形成熔池513，而熔渣512漂浮在该熔融金属之上。助熔剂同样熔化并且与渣发生反应而形成用于更好分离熔融金属与熔渣的低粘性渣。在熔融金属形成并沉入底部之后，感应加热电源继续加热并保持该熔融金属的温度。渣继续吸收微波能。在积累足够的熔渣或熔融金属之后，分别经排出口505和506将渣和金属分别排出。在用钢条捅开之前，出口505和506被耐火粘土堵住。可以将熔融金属铸造或连铸成锭或输送至精炼炉内以去除杂质、调整成分及控制温度来制造优质合金。当排出渣和金属时，经装料口503将更多的原料装入炉内。加热、矿石还原反应、熔化、排放和重新装料继续循环。
例1
制备出一含有铁矿精矿的样品，它含65％铁并混有15％的碳黑作为还原剂、1％的石灰作为助熔剂和5％的粉煤作为辅助燃料。该混合物被装入耐火粘土坩埚里并装入微波处理装置MCR200中，该装置由Wavemat有限公司制造。该装置包括功率为300瓦-3000瓦的2.45Ghz的微波发生器。此微波装置可以配合可调式单模或可控式多模微波室。腔室可被抽真空或不断用惰性气体或还原气体冲洗。使用1kw功率的单模并在10分钟内将样品加热至1200℃。用高温计测量坩埚外表面的温度。不测量坩埚内部的温度，但可以知道该温度高于1200℃。在加热期间内，煤粉燃烧并产生火焰。样品在约1200℃下保温约2分钟，然后关掉电源。样品冷却至室温后的测试表明形成了金属和渣。金属积累在底部，而渣位于坩埚顶部。化学成分分析表明，金属含有1.53％的Si、97.72％的Fe、0.42％的Al、0.13％的S和0.2％的C，而渣含有53.58％的SiO2、15.48％的FeO、0.48％的CaO、1.56％的MgO、15.40％的Al2O3、0.53％的K2O3、0.39％的MnO和12.59％的TiO2。
例2
制备出一包含Cu2S粉末的样品，该粉末混有化学计量即7.5％的碳黑作为还原剂。该混合物被装入一耐火粘土坩埚并被装入一微波处理装置MCR200中。该微波室不断用N2冲洗逼供内切腔室的排出口连接至一洗涤器。该洗涤器由一玻璃烧瓶组成，玻璃烧瓶有一侧管和用于密封其口的一橡皮塞。在半个烧瓶中装满10％的碱性NaOH溶液。一穿过橡皮塞的管以该管的一端浸入碱性溶液内。该管的另一端被连接至有一软管的微波室的排出口。在加热期间内，该样品冒出许多烟生并且这些烟气被通入NaOH溶液内。使用单模在5分钟内将样品加热至1100℃。用高温计测量该坩埚外表面的温度。该温度在约1100℃下保持约2分钟，然后关掉电源。可以发现，铜积累在底部并且渣形成在该坩埚的顶部。分析显示，该洗涤溶液含有硫化物。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1、一种由含金属的物质直接制备金属的方法，该方法包括：提供含金属的物质和还原剂，混合所述含金属的物质与所述还原剂而形成混合物，通过除小颗粒物流外的适当方式将所述混合物装入一容器内，通过电弧加热与通过将微波能施加于所述混合物上的综合作用来加热带有最少杂质的所述混合物并直到所述含金属的物质释放出熔融金属为止，所述熔融金属在重力作用下积累在所述容器的底部，从所述容器中排出所述金属。
2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：将助熔剂与所述含金属的物质混合起来的步骤。
3、如权利要求1所述的方法，进一步包括：将辅助燃料与所述含金属的物质混合起来的步骤。
4、如权利要求1所述的方法，进一步包括：混入一微波吸收体物质的步骤。
5、如权利要求1所述的方法，进一步包括：预热所述含金属的物质以提高它的微波吸收能力的步骤。
6、如权利要求1所述的方法，进一步包括：电感应加热所述混合物的步骤。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热所述混合物的步骤产生熔渣。
8、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述加热期间内控制所述混合物的周围气氛的步骤。
9、如权利要求1所述的方法，进一步包括：收集在所述加热期间内由所述含金属的物质释放出的硫化物蒸汽或SO2。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一陶瓷坩埚。
11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个衬有耐火材料的可倾斜的金属管。
12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一感应线圈。
13、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括电极。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个具有一熔融金属排出口的静态金属炉。
15、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一抽真空装置。
16、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属的物质包括一种金属，该金属选自铁、铜、镍、钴、铅和锌。

Claims (32)

1、一种由含金属的物质直接制备金属的方法，该方法包括：提供含金属的物质和还原剂，混合所述含金属的物质与所述还原剂而形成混合物，通过除小颗粒物流外的适当方式将所述混合物装入一容器内，通过将微波能施加于所述混合物来加热带有最少杂质的所述混合物并直到所述含金属的物质释放出熔融金属为止，所述熔融金属在重力作用下积累在所述容器的底部，从所述容器中排出所述金属。
2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：将助熔剂与所述含金属的物质混合起来的步骤。
3、如权利要求1所述的方法，进一步包括：将辅助燃料与所述含金属的物质混合起来的步骤。
4、如权利要求1所述的方法，进一步包括：混入一微波吸收体物质的步骤。
5、如权利要求1所述的方法，进一步包括：预热所述含金属的物质以提高它的微波吸收能力的步骤。
6、如权利要求1所述的方法，进一步包括：电感应加热所述混合物的步骤。
7、如权利要求1所述的方法，进一步包括：电弧加热所述混合物的步骤。
8、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述加热期间内控制所述混合物的周围气氛的步骤。
9、如权利要求1所述的方法，进一步包括：收集在所述加热期间内由所述含金属的物质释放出的硫化物蒸汽或SO2的步骤
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一陶瓷坩埚。
11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个衬有耐火材料的可倾斜的金属管。
12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一感应线圈。
13、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括电极。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个具有一熔融金属排出口的静态金属炉。
15、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一抽真空装置。
16、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含金属的物质包括一种金属，该金属选自铁、铜、镍、钴、铅和锌。
17、一种由含金属的物质直接制备金属的方法，该方法包括：提供含金属的物质和还原剂，混合所述含金属的物质与所述还原剂而形成混合物，通过除小颗粒物流外的适当方式将所述混合物装入一容器内，通过将微波能施加于所述混合物来加热所述混合物并直到所述含金属的物质释放出熔融金属且形成熔渣为止，所述的熔融金属在重力作用下积累在所述容器的底部，从所述容器排出所述熔融金属，从所述容器排出所述熔渣。
18、如权利要求17所述的方法，进一步包括：将助熔剂与所述含金属的物质混合起来的步骤。
19、如权利要求17所述的方法，进一步包括：将辅助燃料与所述含金属的物质混合起来的步骤。
20、如权利要求17所述的方法，进一步包括：混入一微波吸收体物质的步骤。
21、如权利要求17所述的方法，进一步包括：预热所述含金属的物质以提高它的微波吸收能力的步骤。
22、如权利要求17所述的方法，进一步包括：电感应加热所述混合物的步骤。
23、如权利要求17所述的方法，进一步包括：电弧加热所述混合物的步骤。
24、如权利要求17所述的方法，进一步包括：在所述加热期间内控制所述混合物的周围气氛的步骤。
25、如权利要求17所述的方法，进一步包括：收集在所述加热期间内由所述含金属的物质释放出的硫化物蒸汽或SO2的步骤
26、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述容器包括一陶瓷坩埚。
27、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个衬有耐火材料的可倾斜的金属管。
28、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述容器包括一感应线圈。
29、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述容器包括电极。
30、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述容器包括一个具有熔融金属排出口的静态金属炉。
31、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述容器包括一抽真空装置。
32、如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述含金属的物质包括一种金属，该金属选自铁、铜、镍、钴、铅和锌。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102534264A (zh) * 2012-02-24 2012-07-04 湖南阳东微波科技有限公司 一种工业微波窑炉生产还原钛铁矿的工艺方法
CN105014090A (zh) * 2015-07-08 2015-11-04 上海大学 微波场下还原钛铁氧化物制备TiFe合金的方法
CN105066691A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 马立宏 微波冶炼炉及其微波加热还原与电炉精炼复合冶炼工艺
CN105779694A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 北京科技大学 一种加热钢液的方法
US20170219290A1 (en) * 2014-08-03 2017-08-03 Chubu University Educational Foundation Microwave Composite Heating Furnace
CN108148938A (zh) * 2017-11-28 2018-06-12 辽宁科技大学 一种微波外场下多梯度真空法直接还原铁鳞制备高纯铁粉方法
CN108642303A (zh) * 2018-05-29 2018-10-12 贵州宏达环保科技有限公司 一种氧化锌矿的真空冶炼方法
CN111254280A (zh) * 2012-11-15 2020-06-09 技术资源有限公司 堆浸

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1811064A1 (fr) * 2006-01-12 2007-07-25 Vesuvius Crucible Company Creuset pour le traitement de silicium à l'état fondu
JP5121267B2 (ja) * 2007-03-16 2013-01-16 日本冶金工業株式会社 Ｃｒ酸化物を含有する有価金属含有副産物のマイクロ波加熱炭素還元法
JP5000360B2 (ja) * 2007-04-05 2012-08-15 新日本製鐵株式会社 溶融スラグのフォーミング鎮静方法
JP5162181B2 (ja) * 2007-08-01 2013-03-13 国立大学法人東京工業大学 マイクロ波製鉄炉
JP4747348B2 (ja) * 2009-01-20 2011-08-17 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 放射性廃液の処理方法
JP5365464B2 (ja) * 2009-10-15 2013-12-11 新日鐵住金株式会社 電気炉を用いて行う製鋼精錬方法
CN102441553B (zh) * 2010-10-12 2014-07-02 深圳市格林美高新技术股份有限公司 一种从贵金属电子废料回收贵金属的方法及设备
FI126583B (fi) * 2014-03-31 2017-02-28 Outotec Finland Oy Menetelmä ja kantoaine pelkistimen kuten koksin kuljettamiseksi metallurgiseen uuniin ja kantoaineen tuotantomenetelmä
JP2017088974A (ja) * 2015-11-13 2017-05-25 オリコン・エナジー株式会社 マイクロ波を利用したマグネシウム製錬装置及び製錬方法
JP5945373B1 (ja) * 2016-01-13 2016-07-05 オリコン・エナジー株式会社 マイクロ波を利用したマグネシウム製錬装置及び製錬方法
JP6077164B1 (ja) * 2016-06-10 2017-02-08 オリコン・エナジー株式会社 共振構造を有する製錬原料ペレット及びこれを用いた製錬原料
CN109174918B (zh) * 2018-09-18 2019-10-01 四川大学 微波活化高炉渣的方法
CN113832271B (zh) * 2021-11-29 2022-02-22 天津市新天钢钢铁集团有限公司 一种含钛海砂矿的烧结冶炼方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311520A (en) * 1980-02-28 1982-01-19 Cato Research Corporation Process for the recovery of nickel, cobalt and manganese from their oxides and silicates
ATE126785T1 (de) * 1990-02-13 1995-09-15 Illawarra Tech Corp Ltd Gemeinsame behandlung von abwasser und abfällen von stahlwerken.
JP3280435B2 (ja) * 1992-08-17 2002-05-13 同和鉄粉工業株式会社 マイクロ波を利用する鉄粉の製造方法及び装置
US5411570A (en) * 1993-06-16 1995-05-02 Iscor Limited Steelmaking process
JPH10195513A (ja) * 1996-12-27 1998-07-28 Kobe Steel Ltd 金属鉄の製法
JPH10265825A (ja) * 1997-03-24 1998-10-06 Nippon Steel Corp 溶融還元装置
PL340798A1 (en) * 1997-12-03 2001-02-26 Sidmar Nv Method of and apparatus for reducing iron oxides and smelting iron

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102534264A (zh) * 2012-02-24 2012-07-04 湖南阳东微波科技有限公司 一种工业微波窑炉生产还原钛铁矿的工艺方法
CN111254280A (zh) * 2012-11-15 2020-06-09 技术资源有限公司 堆浸
US20170219290A1 (en) * 2014-08-03 2017-08-03 Chubu University Educational Foundation Microwave Composite Heating Furnace
CN107429973A (zh) * 2014-08-03 2017-12-01 普拉迪普金属有限公司 微波复合加热炉
CN105014090A (zh) * 2015-07-08 2015-11-04 上海大学 微波场下还原钛铁氧化物制备TiFe合金的方法
CN105066691A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 马立宏 微波冶炼炉及其微波加热还原与电炉精炼复合冶炼工艺
CN105779694A (zh) * 2016-04-29 2016-07-20 北京科技大学 一种加热钢液的方法
CN105779694B (zh) * 2016-04-29 2018-11-09 北京科技大学 一种加热钢液的方法
CN108148938A (zh) * 2017-11-28 2018-06-12 辽宁科技大学 一种微波外场下多梯度真空法直接还原铁鳞制备高纯铁粉方法
CN108642303A (zh) * 2018-05-29 2018-10-12 贵州宏达环保科技有限公司 一种氧化锌矿的真空冶炼方法
CN108642303B (zh) * 2018-05-29 2021-01-29 贵州宏达环保科技有限公司 一种氧化锌矿的真空冶炼方法

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